DE3225200A1

DE3225200A1 - Verwendung der in den abfall-loesungen aus brennelementen-aufarbeitungs-anlagen enthaltenen hochradioaktiven bestandteile

Info

Publication number: DE3225200A1
Application number: DE19823225200
Authority: DE
Inventors: Franz Josef 6078 Neu Isenburg Gattys
Original assignee: Fj Gattys Ingenieurbuero fur Chem Maschinen- und Apparatebau; FJ Gattys Ingenieurbuero Fuer Chem Maschinen und Apparatebau 6078 Neu Isenburg; Gattys Ing Buero F J
Current assignee: Gattys Technique Sa Freiburg/fribourg Ch
Priority date: 1982-07-06
Filing date: 1982-07-06
Publication date: 1984-01-12
Also published as: EP0112876A1; WO1984000441A1

Description

Verwendung der in den Abfall-Lösungen aus Brennelementen-
Aufarbeitungs-Anlagen enthaltenen hochradioaktiven Bestandteile Die Aufarbeitung abgebrannter Brennelemente aus Kernreaktoren ist ein nach wie vor nicht voll befriedigend gelöstes Problem.
Sie erfolgt bisher in der Weise, daß die Brennelemente zunächst in heißer Salpetersäure gelöst, die, die Lösung nach Isolierung und Ab trennung der anderweit wiederverwertbaren Uran- und Plutoniumbestandteile zunächst einer Aufkonzentrierung und Denitrierung sowie einer Vortrocknung und Kalzinierung unterworfen wird, worauf die derart konzentrierten hochradioaktiven Bestandteile in eine Glasmatrix und diese wiederum in eine Bleipackung eingeschmolzen wird, die in entsprechenden Behältern in einem Endlager abgelagert wird. Sowohl das Aufarbeitungsverfahren selbst, insbesondere dessen Kalzinierungsstufe, als auch die Vorbereitung zur Endlagerung und die Endlagerung selbst, bereiten bekanntlich erhebliche Probleme wegen der möglichen Umweltbelastungen während der Aufarbeitungsphase und der erheblichen Temperaturentwicklung in der Endlagerung, deren Minimierung auf eine vertretbare Größe einen erheblichen Kostenaufwand verursacht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer anderwei- tigen Verwendung der ausgebrannten Brennelemente und die Erfindung besteht darin, daß die in den Abfall-Lösungen aus Kernbrennstoff-Aufbereitungsanlagen enthaltenen hochradioaktiven Bestandteile, insbesondere Caesium 137 und Rubidium. 106 zur Hygienisierung von Klärschlamm und/oder Rückgewinnung des Restwärmepotentials zur Gewinnung von Niedrigtemperaturwärme herangezogen wird.
Auf diese Weise werden die als Problem-Abfälle angesehenen Abfall-Materialien aus Kernreaktoren einer außerordentlich nutzbringenden Verwendung zugeführt, und zwar bei der Hygienisierung von Klärschlamm unter Ausnutzung der Gammastrahlung und bei der Restenergieverwertung zur Gewinnung von Niedertemperaturwärme etwa für die Brauchwassergewinnung von Haushalten.
Es ist bekannt, daß Klärschlämme in großem Umfang wertvolle Pflanzen-Nährstoffe, wie beispielsweise Stickstoff-, Phosphorverbindungen, organische Substanzen und Spurenelemente enthalten, deren Einsatz in der Landwirtschaft bisher daran scheitert, daß sie in ihrer überwiegenden Zahl große Mengen an Krankheitserregern enthalten. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Klärschlämme auch nach einer Kompostierung unter Sauerstoffzuführung in großem Umfang Salmonellen, Enterokokken und Enterobakteriazeen, sowie darüberhinaus in großem Umfang Tierparasiten enthält, die den Einsatz der Klärschlämme als Düngenittel auch nach Einschaltung einer Kompostierungsstufe unmöglich mach. In diesem Bereich können die hochradioaktiven Abfallmaterialien aus Kernreaktoren mit großem Nutzen eingesetzt werden, durch deren Gamma-Strahlung eine voll- ständige Zerstörung der bakteriellen Krankheitserreger und tierischen Parasiten ohne Schädigung der als Düngemittel wertvoll Pflanzennährstoffe erreicht wird. Eine Kontaminierung der bestrahlten Klärschlämme tritt nicht ein. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß durch die Bestrahlung der Klärschlämme in der angegebenen Weise die Keimfähigkeit von Unkrautsamen im Klärschlamm zerstört und die Entwässerungsfähigkeit des Schlammes wesentlich verbessert wird, so daß die Entwässerung des Schlammes auch ohne Zentrifugieren oder Pressen bzw. Einsatz von Flockungsmitteln beschleunigt wird. Der in der erfindungsgemäßen Weise behandelte Schlamm bleibt wasserdurchlässig, so daß sich bei Einsatz als Düngemittel auf dem Ackerboden keine undurchlässige Kruste bildet.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist umweltfreundlich, verbraucht keinen Sauerstoff, entwickelt keine Gase und setzt keine organischen Stickstoffverbindungen frei, so daß auch die bei anderweitigen Aufbereitungsverfahren bekannte Geruchsbelästigung nicht zu befürchten ist. Der Einsatz ist außerordentlich wirtschaft lich, die Isolierung und Einschmelzung in Glasmatrix erfolgt ohne Zusatzkosten im Rahmen des erforderlichen Aufbereitungsverfahrens, wobei infolge der Nutzbarmachung für den angegebenen Zweck die Endlagerkosten entfallen.
Unter denselben Kostengesichtspunkten ergibt sich ebenfalls ein nutzbringender Einsatz der hochaktiven Abfailmaterialien bei der Gewinnung von Niedertemperaturwärme, die mit Erfolg bei der Brauchwassergewinnung im Haushaltsbereich und in der Landwirtschaft, beispielsweise zur Bodenerwärmung eingesetzt werden kann. Geht man 3 von einem Anfall von jährlich 1 560 mm Abfallmaterialien aus, 3 was einem Anfall von ca 1000 m3 verglasten Pellets entspricht, so ergäbe sich bei einer energetischen Strahlung von ca. 20 150 kcal/mm3 eine nutzbare Energie von etwa 176,5 x 10 kcal/Jahr, die sich infolge der aufgrund der Halbwertzeit 30-jährigen Nutzungsdauer bis zum Jah 2 000 auf einen Energieanteil von etwa 10% der zu dieser Zeit voraussichtlich in der Bundesrepublik benötigten Energie addiert. Hierbei kann davon ausgegangen werden, daß aus dem Pelletsilo Wasser mit einer Temperatur von 700 bis 800 C anfällt, das entweder unmittelbar über den Sekundarkreis als Brauchwasser für die Raumbeheizurlq verwendet oder durch Wärmepumpen-Anlagen auf das für anderweitige Benutzung erforderliche Temperaturniveau gebracht wird.
Nachstehend sind zwei Beispiele einer erfindungsgemäßen Verwendung von aus Abfall-Lösungen aus Kernbrennstoffen rückgewonnenen hochradioaktiven Materialien anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigen Fig.l eine schematische Darstellung einer tandarteinrictitung zur Hygienisierung von Klärschlamm Fig.2 eine schematische Darstellung eines Pelletsilos zur Rückgewinnung von Restwärmeenergie In Fig. 1 der Zeichnung ist mit 3 ein strahlungssicher ummantelter Behälter bezeichnet, der zweckmäßig zur Erhöhung der Sicherheit im Erdreich verlegt ist. In dem Behilter 3 ist ein doppelwandiges Innengefäß 2 als Träger für die Glasmatrix 1 vorgesehen etwa derart, daß in dem einen Ringraum bildenden Doppelwandgefäß Glasperlen in loser Schütte aufgeschüttet sind. Der Innenraum des Innengefäßes 2 und das Außengefäß 3a sind jeweils an ihren unteren Enden über eine nach außerhalb geführte Rohrleitung 6 miteinander verbunden, in der eine Umwälzpumpe 5 eingegliedert ist. Die Umwälzpumpe dient gleichzeitig zum Abziehen des Klärschlammes aus dem Behälter nach der Behandlung. Eine Zuleitung 7 dient der Einspeisung des Klärschlammes in den Behälter, eine weitere Leitung 8 als Entlüftungsleitung. Der Behälter ist mit einer strahlungssicheren Abschirmung 4 nach oben verschlossen.
Zur Behandlung wird der Klärschlamm über die Leitung 7 in den Behälter 3 bis zu dessen vollständiger Füllung eingebracht und derart von der Pumpe 5 in dem Behälter umgewälzt, daß der außerhalb des Innengefäßes 2 befindliche Schlamm abgezogen und von der Pumpe 5 über die Leitung 6 in den von dem Innengefäß umschlossenen Raum gepumpt wird. Er steigt unter dem Druck des nachdrängenden Klärschlammes in dem Gefäß 2 auf und tritt über die Oberkante in den außerhalb des Innengefäßes 2 gelegenen Raum über, in dem er wiederum nach untenabströmt. Der Klärschlamm wird auf diese Weise auf seinem gesamten Umlaufweg in dem Behälter intensiv bestrahlt und in der angegebenen Weise hygienisiert. Nach vollständiger Hygienisierung wird der Klärschlamm von der Pumpe 5 aus beiden Behälterteilen über die nach außen - in der Zeichnung nach rechts - geführte Leitung vollständig abgezogen.
Der in Fig. 2 wiedergegebene Wärmerückgewinnungs-Pelletsilo besteht ebenfalls aus einem mit einer Abschirmung versehenen Behälter 10, in dem in loser Schütte die das radioaktive Material enthaltenden Pellets oder Glasperlen 11 aufgeschüttet sind. Einragend in den Behälter 10 sind Wärmekammern 12 ausgebildet, in denen Umlaufleitungen für ein Wärmeträgermedium geführt sind, über die sich die im Silo entwickelnde Wärme abgeführt wird.
Am Kopf des Behälters 10 ist ein Thermostatventil 13 vorgesehen, das bei einer sich gegebenenfalls bei ungenügender Wärmeabführung über die Umlaufleitungen oder Ausfall der Anlage ergebenden Überhitzung öffnet und über Bodenöffnungen 14 eine Luftspülung in Gang setzt, durch die die Überschußwärme über eine Dekontaminationsfilter-Anlage abgeführt wird. über einen Entladestutzen 15 am Boden des Behälters kann die Schüttung nach Verbrauch des Materials abgezogen werden.

Claims

Patentansprüche S Verwendung der in den Abfall-Lösungen aus Brennelementen-Aufarbeitungs-Anlagen enthaltenen hochradioaktiven Bestandteile, insbesondere Caesium 137 und Rubidium 106 zur Hygienisierung von Klärschlamm und/oder Gewinnung von Niedertemperatur-Wärme für die Brauchwasserbereitung.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochradioaktiven Bestandteile aus der Abfall-Lösung durch Denitrierung mit Paraformaldehyd in Abwesenheit von Kaliumhydrogensulfat oder mit Oxalsäure denitriert und anschließend in an sich bekannter Weise pelletisiert oder in einer Glasmatrix zu Glasperlen verschmolzen werden, worauf die Pellets bzw. Glasperlen in loser Schütte in einer Standarteinrichtung unter Nutzung ihrer Gammastrahlung zur Hygienisierung von Klärschlamm oder unter Nutzung der Reststrahlung zur Gewinnung von Niedertemperaturwärme eingesetzt werden.
3. Pelletsilo zur Verwendung der hochradioaktiven Bestandteile aus Abfall-Lösungen von Kernbrersastoff- Au fbereitungsanlagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnt:, daß in einem strahlungssicher ummantelten Behälter (3) ein doppelwandiges Innengefäß (2) als Träger für die Glasmatrix (1), beispielsweise von in loser Schütte aufgeschütteten Pellets oder Glasperlen, angeordnet ist, wobei das Innengefäß (2) mit dem Behälter (3) über eine nach außerhalb geführte Rohrleitung (6) rniteinander verbunden sind, in der eine Umwälzpumpe (5) eingegliedert ist.
4. Pelletsilo zur Verwendung der hochradioaktiven Bestandteile aus Abfall-Lösungen von Kernbrennstoff-Aufbereitungsanlagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem strahlungssicher ummantelten Behälter (9, 10) die das radioaktive Material enthaltenden Pellets bzw. Glasperlen (2) in loser Schütte aufgeschüttet und in dem Behälter (10) Wärmekammern (12) ausgebildet sind, in denen Umlaufleitungen für ein der Abführung der sich im Behälter entwickelnden Wärme dienendes Wärmeträgermedium geführt sind.
5. Pelletsilo nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf des Behälters ein Thermostatventil 13 vorgesehen ist, das bei einer sich bei ungenügender Wärmeabführung über die Umlaufleitungen ergebenden Überhitzung öffnet und über Bodenöffnungen (14) eine Luftspülung zur Abführung der Überschußwärme in Gang setzt.